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JP6794501B2 - Absolute encoder - Google Patents
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Description

本発明は、入力軸の回転量を特定するためのアブソリュートエンコーダに関する。 The present invention relates to an absolute encoder for specifying the amount of rotation of an input shaft.

従来、各種の制御機械装置において、可動要素の位置や角度を検出するために用いられるロータリーエンコーダが知られている。このようなエンコーダには相対的な位置又は角度を検出するインクリメンタル型のエンコーダと、絶対的な位置又は角度を検出するアブソリュート型のエンコーダがある。例えば特許文献1には、自動制御装置やロボット装置等の運動制御用の回転軸やバルブ開閉に用いる動力伝達用の回転軸等の回転量を絶対量としてデジタル的に計測するためのアブソリュート型のロータリーエンコーダが記載されている。 Conventionally, rotary encoders used for detecting the positions and angles of moving elements in various control mechanical devices are known. Such encoders include incremental encoders that detect relative positions or angles, and absolute encoders that detect absolute positions or angles. For example, Patent Document 1 describes an absolute type for digitally measuring the amount of rotation of a rotary shaft for motion control of an automatic control device or a robot device, a rotary shaft for power transmission used for opening and closing a valve, or the like as an absolute amount. The rotary encoder is described.

実開平4−96019号公報Jikkenhei 4-96019

特許文献1に記載のアブソリュートエンコーダは、多段連結されたギアそれぞれの回転軸に1ビットの回転センサを取り付けた構成を有する。このギアそれぞれが順次減速して回転することで1ビットのカウンタを構成する。このようなエンコーダでは、カウンタ数を減らすと分解能が低下するから、分解能を確保するためにカウンタの数を増やせば、エンコーダが大型化する問題がある。 The absolute encoder described in Patent Document 1 has a configuration in which a 1-bit rotation sensor is attached to the rotation shaft of each of the gears connected in multiple stages. Each of these gears sequentially decelerates and rotates to form a 1-bit counter. In such an encoder, if the number of counters is reduced, the resolution is lowered. Therefore, if the number of counters is increased in order to secure the resolution, there is a problem that the encoder becomes large.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、分解能を確保しつつ大型化を抑制できるアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an absolute encoder capable of suppressing an increase in size while ensuring resolution.

上記課題を解決するために、本発明のある態様のアブソリュートエンコーダは、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸の回転に伴い回転する回転体と、回転体と一体に回転するマグネットと、マグネットの磁極を検知して、それぞれ異なる位相の正弦波状の検知信号を出力する複数の回転センサと、を備える。 In order to solve the above problems, the absolute encoder according to an embodiment of the present invention is an absolute encoder that specifies the amount of rotation over a plurality of rotations of the spindle, and includes a rotating body that rotates with the rotation of the spindle and a rotating body. It includes a magnet that rotates integrally, and a plurality of rotation sensors that detect the magnetic poles of the magnet and output sinusoidal detection signals having different phases.

この態様によると、アブソリュートエンコーダにおいて、回転センサの異なる位相の正弦波状の検知信号に応じて主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定することができる。 According to this aspect, in the absolute encoder, it is possible to specify the amount of rotation over a plurality of rotations of the spindle according to the sinusoidal detection signals of different phases of the rotation sensor.

本発明の別の態様もまた、アブソリュートエンコーダである。このアブソリュートエンコーダは、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、主軸と一体に回転する第1回転体の回転角を取得する第1取得機構と、第1回転体に対して第1減速比で減速回転する第2回転体の回転角を取得する第2取得機構と、第2回転体に対して第2減速比で減速回転するマグネットの磁極を検知して、それぞれ位相が異なる複数の正弦波状の検知信号を取得する第3取得機構と、取得された第2回転体の回転角と検知信号とに応じて第1回転体の回転数を特定する第1特定要素と、取得された第1回転体の回転角と特定された第1回転体の回転数とに応じて主軸の回転量を特定する第2特定要素と、を備える。 Another aspect of the invention is also an absolute encoder. This absolute encoder is an absolute encoder that specifies the amount of rotation over a plurality of rotations of the main shaft, and includes a first acquisition mechanism that acquires the rotation angle of the first rotating body that rotates integrally with the main shaft, and a first rotating body. On the other hand, the second acquisition mechanism that acquires the rotation angle of the second rotating body that decelerates and rotates at the first reduction ratio and the magnetic pole of the magnet that decelerates and rotates at the second reduction ratio with respect to the second rotating body are detected and respectively. A third acquisition mechanism that acquires a plurality of sinusoidal detection signals having different phases, and a first specific element that specifies the rotation speed of the first rotating body according to the acquired rotation angle and detection signal of the second rotating body. And a second specific element that specifies the amount of rotation of the spindle according to the acquired rotation angle of the first rotating body and the specified rotation number of the first rotating body.

本発明のさらに別の態様は、回転量を特定する方法である。この方法は、主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定する方法であって、主軸と一体に回転する第1回転体の回転角を取得することと、第1回転体に対して第1減速比で減速回転する第2回転体の回転角を取得することと、第2回転体に対して第2減速比で減速回転するマグネットの磁極を検知して、それぞれ位相が異なる複数の正弦波状の検知信号を取得することと、取得された第2回転体の回転角と検知信号とに応じて第1回転体の回転数を特定することと、取得された第1回転体の回転角と特定された第1回転体の回転数とに応じて主軸の回転量を特定することと、を含む。 Yet another aspect of the present invention is a method of specifying the amount of rotation. This method is a method of specifying the amount of rotation over a plurality of rotations of the main shaft, and obtains the rotation angle of the first rotating body that rotates integrally with the main shaft, and first decelerates the first rotating body. Acquiring the rotation angle of the second rotating body that decelerates and rotates at the ratio, and detecting the magnetic poles of the magnet that decelerates and rotates at the second reduction ratio with respect to the second rotating body, each of which has a plurality of sinusoidal shapes having different phases. Acquiring the detection signal, specifying the rotation number of the first rotating body according to the acquired rotation angle of the second rotating body and the detection signal, and specifying the rotation angle of the acquired first rotating body. Includes specifying the amount of rotation of the spindle according to the number of rotations of the first rotating body.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、分解能を確保しつつ大型化を抑制できるアブソリュートエンコーダを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an absolute encoder capable of suppressing an increase in size while ensuring resolution.

実施の形態に係るエンコーダを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the encoder which concerns on embodiment. 図1のエンコーダを説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the encoder of FIG. 図1のエンコーダを説明する展開図である。It is a development view explaining the encoder of FIG. 図1のエンコーダの一部を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which shows the part of the encoder of FIG. 1 enlarged. 図1のエンコーダの一部を拡大して示す別の斜視図である。It is another perspective view which shows a part of the encoder of FIG. 1 enlarged. 図1のエンコーダの対応関係テーブルの動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation of the correspondence table of the encoder of FIG. 図1のエンコーダの一部を拡大して示す正面図である。It is a front view which shows the part of the encoder of FIG. 1 enlarged. 図1のエンコーダの一部を拡大して示す背面図である。It is a rear view which shows the part of the encoder of FIG. 1 enlarged. 図1のエンコーダの一部を拡大して示す平面図である。It is a top view which shows the part of the encoder of FIG. 1 enlarged. 第1回転体と中間回転体の周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the periphery of the 1st rotating body and the intermediate rotating body. 第2回転体の周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the periphery of the 2nd rotating body. ホール素子の周辺を示す正面図である。It is a front view which shows the periphery of a Hall element. 第1回転体と中間回転体と第3回転体の周辺を示す断面図であるIt is sectional drawing which shows the periphery of the 1st rotating body, the intermediate rotating body, and the 3rd rotating body. 第1変形例のエンコーダを説明する展開図である。It is a developed view explaining the encoder of the 1st modification. 第1変形例のエンコーダの対応関係テーブルの動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation of the correspondence table of the encoder of the 1st modification.

本発明者は、アブソリュートエンコーダ(以下、単にエンコーダという)について以下のような認識を得た。エンコーダとしては、例えば主軸の1回転内の絶対回転角を検知してデジタル信号として出力する角度センサを複数組み合わせて構成することが考えられる。角度センサを複数組み合わせるエンコーダの一例として、主軸と異なる減速比で回転する第1従軸と第2従軸の3軸それぞれに別々の角度センサを設ける構成が考えられる。この構成では、主軸、第1従軸および第2従軸の3軸から検知した回転角に基づいて主軸の複数回転にわたる回転量をデジタル演算して求める。デジタル演算するとは、例えばN進法に変換した量で演算することなどが挙げられる。この構成では、回転角から回転量を算出するから、複数の角度センサで検知された回転角(以下、検知回転角)のいずれかの分解能が低いと、演算して求めた回転量の精度が低下するという課題がある。この精度を改善するために、この3軸すべてに高分解能の角度センサを取付けることも考えられるが、この場合、高価な角度センサを3個備えることでコストダウンに不利になるという課題がある。 The present inventor has obtained the following recognition about an absolute encoder (hereinafter, simply referred to as an encoder). As the encoder, for example, it is conceivable to configure a plurality of angle sensors that detect the absolute rotation angle within one rotation of the spindle and output it as a digital signal. As an example of an encoder in which a plurality of angle sensors are combined, a configuration in which separate angle sensors are provided for each of the three axes of the first slave axis and the second slave axis that rotate at a reduction ratio different from that of the main axis can be considered. In this configuration, the amount of rotation over a plurality of rotations of the spindle is digitally calculated based on the rotation angles detected from the three axes of the spindle, the first slave axis, and the second slave axis. The digital calculation includes, for example, the calculation by the amount converted into the N-ary system. In this configuration, the amount of rotation is calculated from the angle of rotation. Therefore, if the resolution of any of the angles of rotation detected by a plurality of angle sensors (hereinafter referred to as the detected angle of rotation) is low, the accuracy of the calculated amount of rotation will be high. There is a problem of decreasing. In order to improve this accuracy, it is conceivable to attach high-resolution angle sensors to all three axes, but in this case, there is a problem that providing three expensive angle sensors is disadvantageous in cost reduction.

また、この構成では、これらの3個の角度センサがそれぞれ検知した回転角(デジタル信号)を、CPU(central processing unit)にて複雑なアルゴリズムを用いて演算して回転量を求めることになる。したがって、演算能力の低いCPUを用いると演算が追いつかずに誤動作する懸念がある。このことから、発明者は、複数の回転角を並列的に処理して回転量を特定する構成には、コストアップを抑えつつ精度を向上する観点で改善をする余地があることを認識した。 Further, in this configuration, the rotation angle (digital signal) detected by each of these three angle sensors is calculated by the CPU (central processing unit) using a complicated algorithm to obtain the rotation amount. Therefore, if a CPU having a low computing power is used, there is a concern that the computing may not catch up and malfunction. From this, the inventor recognized that there is room for improvement in the configuration in which a plurality of rotation angles are processed in parallel to specify the rotation amount from the viewpoint of improving accuracy while suppressing cost increase.

これらを踏まえ、発明者は、主軸の複数回の回転(以下、複数回転という)にわたる回転量を、主軸の1回転内の回転角と、主軸の回転の回数である回転数とに基づき式1によって特定し得ることを見出した。
(式1) 主軸の回転量=主軸の回転角+主軸の回転数×360°
このように主軸の回転量を特定することでコストアップを抑えつつ精度を維持可能なアブソリュートエンコーダを提供することができる。
実施の形態は、このような思索に基づいて案出されたもので、以下に具体的な構成を説明する。
Based on these, the inventor determines the amount of rotation over a plurality of rotations of the spindle (hereinafter referred to as multiple rotations) based on the angle of rotation within one rotation of the spindle and the number of rotations which is the number of rotations of the spindle. Found that it can be identified by.
(Equation 1) Spindle rotation amount = Spindle rotation angle + Spindle rotation speed x 360 °
By specifying the amount of rotation of the spindle in this way, it is possible to provide an absolute encoder capable of maintaining accuracy while suppressing cost increase.
The embodiment was devised based on such thoughts, and a specific configuration will be described below.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態、変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to each drawing based on a preferred embodiment. In the embodiments and modifications, the same or equivalent components and members are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. In addition, the dimensions of the members in each drawing are shown enlarged or reduced as appropriate for easy understanding. In addition, some of the members that are not important for explaining the embodiment in each drawing are omitted and displayed.
Also, terms including ordinal numbers such as 1st and 2nd are used to describe various components, but this term is used only for the purpose of distinguishing one component from other components. The components are not limited by.

[実施の形態]
本発明の実施の形態に係るエンコーダ100について説明する。図1は、実施の形態に係るエンコーダ100を示す斜視図である。以下、XYZ直交座標系をもとに説明する。X軸方向は水平な前後方向に対応し、Y軸方向は水平な左右方向に対応し、Z軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Y軸方向およびZ軸方向はそれぞれX軸方向に直交する。X軸方向は前方向あるいは後方向と、Y軸方向は左方向あるいは右方向と、Z軸方向は上方向あるいは下方向と表記することがある。このような方向の表記はエンコーダ100の使用姿勢を制限するものではなく、エンコーダ100は任意の姿勢で使用されうる。
[Embodiment]
The encoder 100 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an encoder 100 according to an embodiment. Hereinafter, the description will be given based on the XYZ Cartesian coordinate system. The X-axis direction corresponds to the horizontal front-back direction, the Y-axis direction corresponds to the horizontal left-right direction, and the Z-axis direction corresponds to the vertical vertical direction. The Y-axis direction and the Z-axis direction are orthogonal to the X-axis direction, respectively. The X-axis direction may be described as forward or backward, the Y-axis direction may be described as left or right, and the Z-axis direction may be described as upward or downward. The notation in such a direction does not limit the usage posture of the encoder 100, and the encoder 100 can be used in any posture.

エンコーダ100は、モータ1の主軸1aの複数回転にわたる回転量を特定して出力するアブソリュート型のエンコーダである。モータ1は、一例として、ステッピングモータやDCブラシレスモータであってもよい。一例として、モータ1は波動歯車装置などの減速機構を介して産業用などのロボットを駆動する駆動源として適用されてもよい。エンコーダ100は特定した主軸1aの回転量をデジタル信号として出力する。図2はエンコーダ100を説明するブロック図である。図3はエンコーダ100を説明する展開図である。図4はエンコーダ100の一部を拡大して示す斜視図である。図5はエンコーダ100の一部を拡大して示す別の斜視図である。 The encoder 100 is an absolute encoder that specifies and outputs the amount of rotation of the spindle 1a of the motor 1 over a plurality of rotations. As an example, the motor 1 may be a stepping motor or a DC brushless motor. As an example, the motor 1 may be applied as a drive source for driving a robot for industrial use or the like via a reduction mechanism such as a wave gearing device. The encoder 100 outputs the amount of rotation of the specified spindle 1a as a digital signal. FIG. 2 is a block diagram illustrating the encoder 100. FIG. 3 is a developed view illustrating the encoder 100. FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a part of the encoder 100. FIG. 5 is another perspective view showing a part of the encoder 100 in an enlarged manner.

図2に示すように、エンコーダ100は、主軸1aと、第1回転体20と、中間回転体22と、第2回転体24と、第3回転体26と、角度センサAS1と、角度センサAS2と、マグネットM1と、マグネットM2と、マグネットM3と、複数の回転センサ38と、制御部40と、を含む。 As shown in FIG. 2, the encoder 100 includes a spindle 1a, a first rotating body 20, an intermediate rotating body 22, a second rotating body 24, a third rotating body 26, an angle sensor AS1, and an angle sensor AS2. A magnet M1, a magnet M2, a magnet M3, a plurality of rotation sensors 38, and a control unit 40 are included.

主軸1aは、モータ1の出力軸であり、エンコーダ100に回転が入力される入力軸である。第1回転体20は、主軸1aに固定され、主軸1aと一体にモータ1の軸受部材によって回転可能に支持される。中間回転体22、第2回転体24および第3回転体26は後述するシャフトによって回転可能に支持される。中間回転体22は、第1減速機構21を介して第1回転体20に駆動され、第1回転体20に対して減速比R1で減速回転する。第2回転体24は、ウォーム機構15を介して中間回転体22に駆動され、中間回転体22に対して減速比R2で減速回転する。減速比R1と減速比R2の積を減速比R12とすると、第2回転体24は、第1回転体20に対して減速比R12で減速回転する。一例として、減速比R1は1/2で、減速比R2は1/50で、減速比R12は1/100であってもよい。これらの減速比はエンコーダ100の分解能に応じて設定してもよい。第1回転体20が100回転するとき第2回転体24は1回転する。 The spindle 1a is an output shaft of the motor 1 and is an input shaft to which rotation is input to the encoder 100. The first rotating body 20 is fixed to the spindle 1a and is rotatably supported by the bearing member of the motor 1 integrally with the spindle 1a. The intermediate rotating body 22, the second rotating body 24, and the third rotating body 26 are rotatably supported by a shaft described later. The intermediate rotating body 22 is driven by the first rotating body 20 via the first deceleration mechanism 21 and decelerates and rotates with respect to the first rotating body 20 at a reduction ratio R1. The second rotating body 24 is driven by the intermediate rotating body 22 via the worm mechanism 15 and decelerates and rotates with respect to the intermediate rotating body 22 at a reduction ratio R2. Assuming that the product of the reduction ratio R1 and the reduction ratio R2 is the reduction ratio R12, the second rotating body 24 decelerates and rotates at the reduction ratio R12 with respect to the first rotating body 20. As an example, the reduction ratio R1 may be 1/2, the reduction ratio R2 may be 1/50, and the reduction ratio R12 may be 1/100. These reduction ratios may be set according to the resolution of the encoder 100. When the first rotating body 20 rotates 100 times, the second rotating body 24 makes one rotation.

第3回転体26は、第2減速機構25を介して第2回転体24に駆動され、第2回転体24に対して減速比R23で減速回転する。一例として、減速比R23は1/4であってもよい。第2回転体24が4回転するとき第3回転体26は1回転する。第3回転体26は、第1回転体20に対して減速比R12に減速比R23を乗じた減速比(=1/400)で減速回転する。第1回転体20が400回転するとき第3回転体26は1回転する。つまり、第3回転体26の1回転中の回転位置を特定することで第1回転体20の400回転分(±200回転分)の絶対的な回転量を特定することができる。 The third rotating body 26 is driven by the second rotating body 24 via the second deceleration mechanism 25, and decelerates and rotates with respect to the second rotating body 24 at a reduction ratio R23. As an example, the reduction ratio R23 may be 1/4. When the second rotating body 24 makes four rotations, the third rotating body 26 makes one rotation. The third rotating body 26 decelerates and rotates at a reduction ratio (= 1/400) obtained by multiplying the reduction ratio R12 by the reduction ratio R23 with respect to the first rotating body 20. When the first rotating body 20 rotates 400 times, the third rotating body 26 makes one rotation. That is, by specifying the rotation position of the third rotating body 26 during one rotation, the absolute rotation amount of 400 rotations (± 200 rotations) of the first rotating body 20 can be specified.

マグネットM1は、第1回転体20の回転軸方向において角度センサAS1と対向する端面に2極の磁極P1を有する。マグネットM1は第1回転体20と一体に回転する。角度センサAS1は、磁極P1から受ける磁束密度に応じて第1回転体20の回転角(=主軸1aの回転角)を検知する。 The magnet M1 has a two-pole magnetic pole P1 on an end surface facing the angle sensor AS1 in the rotation axis direction of the first rotating body 20. The magnet M1 rotates integrally with the first rotating body 20. The angle sensor AS1 detects the rotation angle (= rotation angle of the spindle 1a) of the first rotating body 20 according to the magnetic flux density received from the magnetic pole P1.

マグネットM2は、第2回転体24の回転軸方向において角度センサAS2と対向する端面に2極の磁極P2を有する。マグネットM2は第2回転体24と一体に回転する。角度センサAS2は、磁極P2から受ける磁束密度に応じて第2回転体24の回転角を検知する。 The magnet M2 has a two-pole magnetic pole P2 on an end surface facing the angle sensor AS2 in the rotation axis direction of the second rotating body 24. The magnet M2 rotates integrally with the second rotating body 24. The angle sensor AS2 detects the rotation angle of the second rotating body 24 according to the magnetic flux density received from the magnetic pole P2.

複数の回転センサ38は、ホール素子H1、H2(以下、各ホール素子ということがある)を含む。各ホール素子は、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウムアンチモン(InSb)などの化合物半導体またはシリコン(Si)などの単元素半導体の薄膜を含んでもよい。マグネットM3は、第3回転体26の軸方向において各ホール素子と対向する端面に2極の磁極P3を有する。ホール素子H1、H2は、電気角でπ/2離隔された位置に配置される。マグネットM3は第3回転体26と一体に回転するとき、ホール素子H1とホール素子H2は、位相差が90°である正弦波状の検知信号を出力する。なお、正弦波状の信号とは、その称呼に関わらず、振幅が経時的に徐々に変化する波状の信号をいい、振幅が急峻にまたは不連続的に変化する矩形波状の信号を含まない。正弦波状の信号には、例えば三角波と称呼されるものなど、エンコーダの精度に実質的な影響を与えない程度の高調波を含有するものを含む。 The plurality of rotation sensors 38 include Hall elements H1 and H2 (hereinafter, may be referred to as Hall elements). Each Hall element may include a thin film of a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs) or indium antimonide (InSb) or a single element semiconductor such as silicon (Si). The magnet M3 has a two-pole magnetic pole P3 on an end face facing each Hall element in the axial direction of the third rotating body 26. The Hall elements H1 and H2 are arranged at positions separated by π / 2 by the electric angle. When the magnet M3 rotates integrally with the third rotating body 26, the Hall element H1 and the Hall element H2 output a sinusoidal detection signal having a phase difference of 90 °. The sinusoidal signal refers to a wavy signal whose amplitude gradually changes with time regardless of its name, and does not include a rectangular wavy signal whose amplitude changes steeply or discontinuously. The sinusoidal signal includes a signal containing harmonics that do not substantially affect the accuracy of the encoder, such as a signal called a triangular wave.

制御部40は、角度センサAS1が検知した第1回転体20の回転角と、角度センサAS2が検知した第2回転体24の回転角と、ホール素子H1、H2からの検知信号と、とを取得する。制御部40は、取得したホール素子H1、H2からの検知信号に応じて対応関係テーブル44を参照して第2回転体24の回転数を特定する。制御部40は、取得した第2回転体24の回転角と、特定した第2回転体24の回転数から第1回転体20の回転数を特定する。第1回転体20の回転数は、例えば式2によって特定することができる。
(式2) 第1回転体20の回転数=第2回転体24の回転角/(R12×360)+第2回転体24の回転数/R12
The control unit 40 determines the rotation angle of the first rotating body 20 detected by the angle sensor AS1, the rotation angle of the second rotating body 24 detected by the angle sensor AS2, and the detection signals from the Hall elements H1 and H2. get. The control unit 40 specifies the rotation speed of the second rotating body 24 with reference to the correspondence table 44 according to the acquired detection signals from the Hall elements H1 and H2. The control unit 40 specifies the rotation speed of the first rotating body 20 from the acquired rotation angle of the second rotating body 24 and the rotation speed of the specified second rotating body 24. The rotation speed of the first rotating body 20 can be specified by, for example, Equation 2.
(Equation 2) Rotation speed of the first rotating body 20 = rotation angle of the second rotating body 24 / (R12 × 360) + rotation speed of the second rotating body 24 / R12

制御部40は、特定した第1回転体20の回転数と、取得した第1回転体20の回転角から第1回転体20の回転量を特定する。第1回転体20の回転量は、例えば式3によって特定することができる。
(式3) 第1回転体20の回転量=第1回転体20の回転角+第1回転体20の回転数×360°
主軸1aの回転量は第1回転体20の回転量に等しいから、主軸1aの回転量は例えば式4によって特定することができる。
(式4) 主軸1aの回転量=第1回転体20の回転角+第1回転体20の回転数×360°
The control unit 40 specifies the amount of rotation of the first rotating body 20 from the specified rotation speed of the first rotating body 20 and the acquired rotation angle of the first rotating body 20. The amount of rotation of the first rotating body 20 can be specified by, for example, Equation 3.
(Equation 3) Rotation amount of the first rotating body 20 = rotation angle of the first rotating body 20 + rotation speed of the first rotating body 20 × 360 °
Since the amount of rotation of the spindle 1a is equal to the amount of rotation of the first rotating body 20, the amount of rotation of the spindle 1a can be specified by, for example, Equation 4.
(Equation 4) Rotation amount of spindle 1a = rotation angle of first rotating body 20 + rotation speed of first rotating body 20 × 360 °

続いて、エンコーダ100の各要素について説明する。 Subsequently, each element of the encoder 100 will be described.

(制御部)
図2に示すように、制御部40は、第1回転角取得部41と、第2回転角取得部42と、ホール信号取得部43と、対応関係テーブル44と、回転数特定部45と、出力部46と、を含む。これら各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのCPU(central processing unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
(Control unit)
As shown in FIG. 2, the control unit 40 includes a first rotation angle acquisition unit 41, a second rotation angle acquisition unit 42, a hall signal acquisition unit 43, a correspondence table 44, and a rotation speed specifying unit 45. The output unit 46 and the like are included. Each of these blocks can be realized by elements and mechanical devices such as the CPU (central processing unit) of a computer in terms of hardware, and by a computer program or the like in terms of software. It depicts a functional block realized by cooperation. Therefore, it will be understood by those skilled in the art who have referred to this specification that these functional blocks can be realized in various forms by combining hardware and software.

第1回転角取得部41は、角度センサAS1が検知した第1回転体20の回転角を取得する。第2回転角取得部42は、角度センサAS2が検知した第2回転体24の回転角を取得する。ホール信号取得部43は、ホール素子H1、H2からの正弦波状の検知信号を取得する。ホール信号取得部43は、例えばADコンバータを含み、アナログ信号であるホール素子H1、H2からの検知信号をデジタル検知信号に変換して取得する。 The first rotation angle acquisition unit 41 acquires the rotation angle of the first rotating body 20 detected by the angle sensor AS1. The second rotation angle acquisition unit 42 acquires the rotation angle of the second rotating body 24 detected by the angle sensor AS2. The Hall signal acquisition unit 43 acquires sinusoidal detection signals from the Hall elements H1 and H2. The Hall signal acquisition unit 43 includes, for example, an AD converter, and converts the detection signals from the Hall elements H1 and H2, which are analog signals, into digital detection signals and acquires them.

(対応関係テーブル)
図6は対応関係テーブル44の動作の一例を説明する説明図である。対応関係テーブル44は、例えば90°の位相差を有する2つの正弦波状の信号Ha、Hbの振幅の情報と、この2つの信号の振幅に対応する角度θと、この角度θに対応する第2回転体24の回転数N2と、をテーブル形式で記憶している。対応関係テーブル44は、取得したデジタル検知信号の振幅に対応して0°〜360°の範囲で角度θを特定する。対応関係テーブル44は、特定された角度θに対応して0〜3回転の範囲で第2回転体24の回転数N2を特定する。図6に示すように、角度θが0°以上で90°未満の範囲ではN2=0回転、角度θが90°以上で180°未満の範囲ではN2=1回転、角度θが180°以上で270°未満の範囲ではN2=2回転、角度θが270°以上で360°未満の範囲ではN2=3回転と特定する。
(Correspondence table)
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of the operation of the correspondence table 44. The correspondence table 44 shows, for example, information on the amplitudes of two sinusoidal signals Ha and Hb having a phase difference of 90 °, an angle θ corresponding to the amplitudes of the two signals, and a second angle θ corresponding to the angles θ. The number of rotations N2 of the rotating body 24 and the number N2 are stored in a table format. The correspondence table 44 specifies the angle θ in the range of 0 ° to 360 ° corresponding to the amplitude of the acquired digital detection signal. The correspondence table 44 specifies the rotation speed N2 of the second rotating body 24 in the range of 0 to 3 rotations corresponding to the specified angle θ. As shown in FIG. 6, N2 = 0 rotation in the range where the angle θ is 0 ° or more and less than 90 °, N2 = 1 rotation in the range where the angle θ is 90 ° or more and less than 180 °, and the angle θ is 180 ° or more. In the range of less than 270 °, N2 = 2 rotations, and in the range of the angle θ of 270 ° or more and less than 360 °, N2 = 3 rotations are specified.

例えば、角度θが未知であり、信号Haの振幅が0.87で、信号Haの振幅が−0.5である場合を想定する。信号Haの振幅が0.87である角度θは60°(A1)と、120°(A2)の2つ存在する。この内、信号Hbの振幅が−0.5である角度θは120°(B2)のみに特定され、振幅が0.5である角度θ=60°(B1)は否定される。特定された角度θ=120°は、90°以上で180°未満の範囲に属するから第2回転体24の回転数N2は1回転と特定される。このように、複数の位相の正弦波状の信号の角度および振幅の情報をテーブル化して用いることで、振幅の情報から角度を特定することができる。また、その角度から第2回転体24の回転数N2を特定することができる。 For example, assume that the angle θ is unknown, the amplitude of the signal Ha is 0.87, and the amplitude of the signal Ha is −0.5. There are two angles θ in which the amplitude of the signal Ha is 0.87, 60 ° (A1) and 120 ° (A2). Of these, the angle θ in which the amplitude of the signal Hb is −0.5 is specified only at 120 ° (B2), and the angle θ = 60 ° (B1) in which the amplitude is 0.5 is denied. Since the specified angle θ = 120 ° belongs to the range of 90 ° or more and less than 180 °, the rotation speed N2 of the second rotating body 24 is specified as one rotation. In this way, by tabulating and using the angle and amplitude information of the sinusoidal signals having a plurality of phases, the angle can be specified from the amplitude information. Further, the rotation speed N2 of the second rotating body 24 can be specified from the angle.

回転数特定部45は、第2回転角取得部42が取得した第2回転体24の回転角と、対応関係テーブル44を参照して特定された第2回転体24の回転数N2とから、上述の式2によって第1回転体20の回転数を特定する。出力部46は、第1回転角取得部41が取得した第1回転体20の回転角と、回転数特定部45によって特定された第1回転体20の回転数とから、上述の式4によって主軸1aの回転量を特定して出力する。 The rotation speed specifying unit 45 is based on the rotation speed of the second rotating body 24 acquired by the second rotation angle acquiring unit 42 and the rotation speed N2 of the second rotating body 24 specified with reference to the correspondence table 44. The rotation speed of the first rotating body 20 is specified by the above equation 2. The output unit 46 is based on the above equation 4 from the rotation angle of the first rotating body 20 acquired by the first rotation angle acquisition unit 41 and the rotation speed of the first rotating body 20 specified by the rotation speed specifying unit 45. The amount of rotation of the spindle 1a is specified and output.

(マグネット)
マグネットM1〜M3(以下、各マグネットと表記することがある。)は略円筒形状を有する。各マグネットは、例えばフェライト系やNdFeB系の磁石材料から形成される。各マグネットは、例えば樹脂バインダを含むゴム磁石やボンド磁石であってもよい。各マグネットの各角度センサに対向する対向面には複数(例えば、2極)の磁極が設けられる。各マグネットの磁化方向は各マグネットの対向面に直交する方向であってもよく、対向面に平行な方向であってもよい。各マグネットの内部で対向面に平行な方向で、対向面付近で対向面に直交する方向であってもよい。実施の形態では、各マグネットの各角度センサに対向する端部には2極の磁極が設けられる。
(magnet)
The magnets M1 to M3 (hereinafter, may be referred to as each magnet) have a substantially cylindrical shape. Each magnet is formed of, for example, a ferrite-based or NdFeB-based magnet material. Each magnet may be, for example, a rubber magnet containing a resin binder or a bond magnet. A plurality of (for example, two poles) magnetic poles are provided on the facing surface of each magnet facing each angle sensor. The magnetizing direction of each magnet may be a direction orthogonal to the facing surface of each magnet, or may be a direction parallel to the facing surface. The direction may be parallel to the facing surface inside each magnet and orthogonal to the facing surface in the vicinity of the facing surface. In the embodiment, a two-pole magnetic pole is provided at the end of each magnet facing each angle sensor.

各マグネットは、各ロータの端部に各角度センサに向かって設けられるマグネットホルダに形成された凹部に収容され、例えば接着やカシメなどによって固定されてもよい。各マグネットは着磁によって磁極が形成される。各マグネットの回転方向の磁束密度分布は台形波形状であってもよく、正弦波状や矩形波形状であってもよい。実施の形態では台形波状に着磁される。各マグネットから角度センサAS1、AS2および複数の回転センサ38(以下、各検知素子という。)までの距離を調整することで、各検知素子が受ける磁束密度の分布を変化させることができる。実施の形態では、各検知素子が受ける磁束密度の分布が正弦波状になるように、各マグネットの位置を設定している。例えば、マグネットM3を連続回転させるとき、複数の回転センサ38は正弦波状に変化する検知信号を出力する。 Each magnet is housed in a recess formed in a magnet holder provided at the end of each rotor toward each angle sensor, and may be fixed by, for example, adhesion or caulking. A magnetic pole is formed in each magnet by magnetism. The magnetic flux density distribution in the rotation direction of each magnet may have a trapezoidal wave shape, a sinusoidal wave shape, or a square wave shape. In the embodiment, it is magnetized in a trapezoidal wavy shape. By adjusting the distance from each magnet to the angle sensors AS1 and AS2 and the plurality of rotation sensors 38 (hereinafter referred to as each detection element), the distribution of the magnetic flux density received by each detection element can be changed. In the embodiment, the position of each magnet is set so that the distribution of the magnetic flux density received by each detection element is sinusoidal. For example, when the magnet M3 is continuously rotated, the plurality of rotation sensors 38 output detection signals that change in a sinusoidal shape.

(角度センサ)
角度センサAS1、AS2(以下、各角度センサと表記することがある。)は、各ロータの1回転に対応する0°〜360°の範囲の絶対的な回転角を検知するセンサである。各角度センサは検知した回転角に応じた信号(例えばデジタル信号)を制御部40に出力する。各角度センサは、一旦通電を停止して再通電をした場合にも、通電停止前と同じ回転角を出力する。このためバックアップ電源を備えない構成が可能である。図4に示すように、角度センサAS1は、第1回転体20の軸方向端面に設けたマグネットM1の磁極と隙間を介して対向する位置にて、センサ支持部に固定される。角度センサAS2は、第2回転体24の軸方向端面に設けたマグネットM2の磁極と隙間を介して対向する位置にてセンサ支持部に固定される。
(Angle sensor)
The angle sensors AS1 and AS2 (hereinafter, may be referred to as each angle sensor) are sensors that detect an absolute rotation angle in the range of 0 ° to 360 ° corresponding to one rotation of each rotor. Each angle sensor outputs a signal (for example, a digital signal) corresponding to the detected angle of rotation to the control unit 40. Each angle sensor outputs the same angle of rotation as before the energization was stopped, even when the energization was once stopped and then re-energized. Therefore, a configuration without a backup power supply is possible. As shown in FIG. 4, the angle sensor AS1 is fixed to the sensor support portion at a position facing the magnetic pole of the magnet M1 provided on the axial end surface of the first rotating body 20 via a gap. The angle sensor AS2 is fixed to the sensor support portion at a position facing the magnetic pole of the magnet M2 provided on the axial end surface of the second rotating body 24 via a gap.

各角度センサには比較的分解能が高い磁気式角度センサを使用してもよい。磁気式角度センサは、それぞれの回転体の軸方向において、例えばマグネットの2極の磁極と隙間を介して対向配置され、これら磁極の回転に基づいてロータの回転角を特定してデジタル信号を出力する。磁気式角度センサは、一例として、磁極を検知する検知素子と、この検知素子の出力に基づいてデジタル信号を出力する演算回路と、を含む。検知素子は、例えばホールエレメントやGMR(Giant Magneto Resistive)エレメントなどの磁界検知要素を複数(例えば4つ)含んでもよい。演算回路は、例えば複数の検知素子の出力の差や比をキーとしてルックアップテーブルを用いてテーブル処理によって回転角を特定するようにしてもよい。この検知素子と演算回路とは一つのICチップ上に集積されてもよい。このICチップは薄型の直方体形状の外形を有する樹脂中に埋め込まれてもよい。各角度センサは、図示しない配線部材を介して検知した各ロータの回転角に対応するデジタル信号である角度信号を制御部40に出力する。 A magnetic angle sensor having a relatively high resolution may be used for each angle sensor. The magnetic angle sensors are arranged to face each other in the axial direction of each rotating body, for example, with the two poles of the magnet via a gap, and the rotation angle of the rotor is specified based on the rotation of these magnetic poles to output a digital signal. To do. As an example, the magnetic angle sensor includes a detection element that detects a magnetic pole and an arithmetic circuit that outputs a digital signal based on the output of the detection element. The detection element may include a plurality of (for example, four) magnetic field detection elements such as a Hall element and a GMR (Giant Magneto Resistive) element. The arithmetic circuit may specify the rotation angle by table processing using a look-up table, for example, using the difference or ratio of the outputs of a plurality of detection elements as a key. The detection element and the arithmetic circuit may be integrated on one IC chip. This IC chip may be embedded in a resin having a thin rectangular parallelepiped outer shape. Each angle sensor outputs an angle signal, which is a digital signal corresponding to the rotation angle of each rotor detected via a wiring member (not shown), to the control unit 40.

特に、角度センサAS1は、第1回転体20に設けられたマグネットM1の磁極を検知して、第1回転体20の回転角を複数ビット(例えば7ビット)のデジタル信号として出力する。角度センサAS2は、第2回転体24に設けられたマグネットM2の磁極を検知して、第2回転体24の回転角を複数ビット(例えば7ビット)のデジタル信号として出力する。 In particular, the angle sensor AS1 detects the magnetic pole of the magnet M1 provided on the first rotating body 20 and outputs the rotation angle of the first rotating body 20 as a digital signal of a plurality of bits (for example, 7 bits). The angle sensor AS2 detects the magnetic pole of the magnet M2 provided on the second rotating body 24 and outputs the rotation angle of the second rotating body 24 as a digital signal of a plurality of bits (for example, 7 bits).

続いて、図7〜13を参照して、エンコーダ100の第1回転体20、中間回転体22、第2回転体24および第3回転体26(以下、各回転体という)とその周辺の構成を説明する。図7はエンコーダ100の正面図である。図8はエンコーダ100の背面図である。図9はエンコーダ100の平面図である。図9は後述するブラケット10や角度センサAS1などの部材の図示を省いている。図10は第1回転体20と中間回転体22の周辺を示す一部断面図である。図11は第2回転体24の周辺を示す一部断面図である。図12はホール素子H1,H2の周辺を示す正面図である。図12は図7から後述するブラケット18とブラケット7などの部材の図示を省いている。図13は第1回転体20と中間回転体22と第3回転体26の周辺を示す一部断面図である。各回転体とその周辺の部材は、モータ1の上側に固定される円盤状のベース2に支持される。 Subsequently, with reference to FIGS. 7 to 13, the first rotating body 20, the intermediate rotating body 22, the second rotating body 24 and the third rotating body 26 (hereinafter referred to as each rotating body) of the encoder 100 and their peripheral configurations are configured. To explain. FIG. 7 is a front view of the encoder 100. FIG. 8 is a rear view of the encoder 100. FIG. 9 is a plan view of the encoder 100. FIG. 9 omits the illustration of members such as the bracket 10 and the angle sensor AS1, which will be described later. FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the periphery of the first rotating body 20 and the intermediate rotating body 22. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the periphery of the second rotating body 24. FIG. 12 is a front view showing the periphery of the Hall elements H1 and H2. FIG. 12 omits the illustration of members such as the bracket 18 and the bracket 7, which will be described later from FIG. FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing the periphery of the first rotating body 20, the intermediate rotating body 22, and the third rotating body 26. Each rotating body and its peripheral members are supported by a disk-shaped base 2 fixed to the upper side of the motor 1.

第1回転体20は、円形部材3と、マグネットM1と、を含む。円形部材3は、Z軸方向に延在し、角度センサAS1に近い側から順にマグネットホルダ3hと、駆動歯車3dと、を有する(特に図10を参照)。マグネットホルダ3hの角度センサAS1に対向する端面には凹部3kが形成される。この凹部3kは第1回転体20の回転軸方向に円形に窪む形状を有する。マグネットホルダ3hの凹部3kはマグネットM1を収容して固定する。駆動歯車3dは、その外周を24等分した位置に24個のギア歯を有する平歯車である。円形部材3のモータ1側の端部には、主軸1aが挿入固定される孔3jが形成される。 The first rotating body 20 includes a circular member 3 and a magnet M1. The circular member 3 extends in the Z-axis direction and has a magnet holder 3h and a drive gear 3d in this order from the side closer to the angle sensor AS1 (see particularly FIG. 10). A recess 3k is formed on the end surface of the magnet holder 3h facing the angle sensor AS1. The recess 3k has a shape of being recessed in a circle in the direction of the rotation axis of the first rotating body 20. The recess 3k of the magnet holder 3h accommodates and fixes the magnet M1. The drive gear 3d is a spur gear having 24 gear teeth at positions whose outer circumference is divided into 24 equal parts. A hole 3j into which the main shaft 1a is inserted and fixed is formed at the end of the circular member 3 on the motor 1 side.

中間回転体22は、第1回転体20と第2回転体24の間で回転を減速して伝達する要素である。中間回転体22を設けることで、第1回転体20と第2回転体24の間の減速比R12を大きくすることができる。中間回転体22の回転軸は第1回転体20の回転軸と平行にZ軸方向に伸びるように設けられる。中間回転体22は、外周面に従動歯車5eとウォームギア部5wが形成される円形部材5を含む(特に図10を参照)。円形部材5はZ軸方向に延在する。円形部材5は、ベース2にナット5nによって固定されるシャフト5sを収容する孔5jを有し、シャフト5sに回転可能に支持される。従動歯車5eは、駆動歯車3dとかみ合い、駆動歯車3dに駆動される。従動歯車5eと駆動歯車3dは第1減速機構21を構成する(特に図9を参照)。従動歯車5eは、その外周を48等分した位置に48個のギア歯を有する平歯車である。ウォームギア部5wは、従動歯車5eから上向きに伸びる円筒ウォームである。ウォームギア部5wの外周面にはねじ状の溝が例えば1条設けられる。なお、ねじ状の溝は複数条であってもよい。 The intermediate rotating body 22 is an element that decelerates and transmits rotation between the first rotating body 20 and the second rotating body 24. By providing the intermediate rotating body 22, the reduction ratio R12 between the first rotating body 20 and the second rotating body 24 can be increased. The rotation axis of the intermediate rotating body 22 is provided so as to extend in the Z-axis direction in parallel with the rotation axis of the first rotating body 20. The intermediate rotating body 22 includes a circular member 5 on which a driven gear 5e and a worm gear portion 5w are formed on the outer peripheral surface (particularly see FIG. 10). The circular member 5 extends in the Z-axis direction. The circular member 5 has a hole 5j in which the shaft 5s fixed by the nut 5n is accommodated in the base 2, and is rotatably supported by the shaft 5s. The driven gear 5e meshes with the driving gear 3d and is driven by the driving gear 3d. The driven gear 5e and the driving gear 3d constitute the first reduction mechanism 21 (see particularly FIG. 9). The driven gear 5e is a spur gear having 48 gear teeth at positions whose outer circumference is divided into 48 equal parts. The worm gear portion 5w is a cylindrical worm extending upward from the driven gear 5e. For example, one thread-shaped groove is provided on the outer peripheral surface of the worm gear portion 5w. The screw-shaped groove may have a plurality of threads.

ウォームギア部5wが回転するとき、ウォームの作用により円形部材5には上向きの力が働く場合がある。そこで、実施の形態では円形部材5の上端に設けた半球型突起5cを押えるウォーム押え部19aを備える(特に図7を参照)。ウォーム押え部19aは、半球型突起5cに当接して下向きに押圧することで、円形部材5の移動を抑制する。ウォーム押え部19aは、一端がブラケット10に固定されるアングル状の板バネ19の他端側に設けられる。板バネ19は、例えばリベットやねじによってブラケット10に固定される。ブラケット10については後述する。板バネ19は、一例として板厚が0.1mm〜0.2mm程度のステンレス鋼板から形成されてもよい。 When the worm gear portion 5w rotates, an upward force may act on the circular member 5 due to the action of the worm. Therefore, in the embodiment, a worm pressing portion 19a for pressing the hemispherical protrusion 5c provided at the upper end of the circular member 5 is provided (particularly see FIG. 7). The worm pressing portion 19a abuts on the hemispherical protrusion 5c and presses it downward to suppress the movement of the circular member 5. The worm holding portion 19a is provided on the other end side of the angle-shaped leaf spring 19 whose one end is fixed to the bracket 10. The leaf spring 19 is fixed to the bracket 10 by, for example, a rivet or a screw. The bracket 10 will be described later. As an example, the leaf spring 19 may be formed of a stainless steel plate having a plate thickness of about 0.1 mm to 0.2 mm.

第2回転体24は、円形部材6と、マグネットM2と、を含む。円形部材6はY軸方向に延在する(特に図11を参照)。円形部材6には、角度センサAS2に近い側から順にマグネットホルダ6hと、ウォームホイール部6wと、駆動歯車6dと、が形成される。マグネットホルダ6hは、角度センサAS2に対向する端面に凹部6kが形成される。この凹部6kは第2回転体24の回転軸方向に円形に窪む形状を有する。マグネットホルダ6hの凹部6kはマグネットM2を収容して固定する。円形部材6は、シャフト6sを収容する孔6jを有し、シャフト6sに回転可能に支持される。シャフト6sは、ブラケット7のベース2から上向きに延在する部分にナット6nによって固定される。ブラケット7はベース2の一部が上向きに切り起こされて形成される。ブラケット7はベース2と別体に形成されてもよい。ブラケット7は、例えば一端がベース2に固定されるアングル状の部材であってもよい。シャフト6sはベース2に平行なY軸方向に延伸する。 The second rotating body 24 includes a circular member 6 and a magnet M2. The circular member 6 extends in the Y-axis direction (see particularly FIG. 11). The circular member 6 is formed with a magnet holder 6h, a worm wheel portion 6w, and a drive gear 6d in this order from the side closer to the angle sensor AS2. The magnet holder 6h has a recess 6k formed on the end surface facing the angle sensor AS2. The recess 6k has a shape of being recessed in a circle in the rotation axis direction of the second rotating body 24. The recess 6k of the magnet holder 6h accommodates and fixes the magnet M2. The circular member 6 has a hole 6j for accommodating the shaft 6s and is rotatably supported by the shaft 6s. The shaft 6s is fixed to a portion of the bracket 7 extending upward from the base 2 by a nut 6n. The bracket 7 is formed by cutting a part of the base 2 upward. The bracket 7 may be formed separately from the base 2. The bracket 7 may be, for example, an angle-shaped member whose one end is fixed to the base 2. The shaft 6s extends in the Y-axis direction parallel to the base 2.

ウォームホイール部6wは、中間回転体22のウォームギア部5wとかみ合い、ウォームギア部5wに駆動される。ウォームホイール部6wは、その外周を50等分した位置に50個のギア歯を有する。ウォームホイール部6wのギア歯は斜歯歯車であってもよい。ウォームギア部5wとウォームホイール部6wとはウォーム機構15を構成する(特に図9を参照)。駆動歯車6dは、その外周を15等分した位置に15個のギア歯を有する平歯車である。第2回転体24の回転軸は、第1回転体20や中間回転体22の回転軸から90°傾斜して設けられる。 The worm wheel portion 6w meshes with the worm gear portion 5w of the intermediate rotating body 22 and is driven by the worm gear portion 5w. The worm wheel portion 6w has 50 gear teeth at positions where the outer circumference thereof is divided into 50 equal parts. The gear teeth of the worm wheel portion 6w may be oblique gears. The worm gear portion 5w and the worm wheel portion 6w form a worm mechanism 15 (see particularly FIG. 9). The drive gear 6d is a spur gear having 15 gear teeth at positions whose outer circumference is divided into 15 equal parts. The rotation axis of the second rotating body 24 is provided so as to be inclined by 90 ° from the rotation axis of the first rotating body 20 and the intermediate rotating body 22.

第3回転体26は、円形部材8と、マグネットM3と、を含む(特に図13を参照)。円形部材8はY軸方向に延在する。円形部材8には、ホール素子H1、H1に近い側から順にマグネットホルダ8hと、従動歯車8eと、が形成される。マグネットホルダ8hには、ホール素子H1、H1に対向する端面に凹部8kが形成される。この凹部8kは第3回転体26の回転軸方向に円形に窪む形状を有する。マグネットホルダ8hの凹部8kはマグネットM3を収容して固定する。円形部材8は、シャフト8sを収容する孔8jを有し、シャフト8sに回転可能に支持される。シャフト8sは、ブラケット9のベース2から上向きに延在する部分にカシメなどによって固定される。ブラケット9はベース2の一部が上向きに切り起こされて形成される。ブラケット9はベース2と別体に形成されてもよい。ブラケット9は、例えば一端がベース2に固定されるアングル状の部材であってもよい。シャフト8sはベース2に平行なY軸方向に延伸する。従動歯車8eは、その外周を60等分した位置に60個のギア歯を有する平歯車である。従動歯車8eは、駆動歯車6dとかみ合い、駆動歯車6dに駆動される。従動歯車8eと駆動歯車6dは第2減速機構25を構成する(特に図9を参照)。第3回転体26は、その回転軸が第2回転体24の回転軸と平行に設けられる。 The third rotating body 26 includes a circular member 8 and a magnet M3 (see particularly FIG. 13). The circular member 8 extends in the Y-axis direction. A magnet holder 8h and a driven gear 8e are formed on the circular member 8 in this order from the side closer to the Hall elements H1 and H1. The magnet holder 8h is formed with recesses 8k on the end faces facing the Hall elements H1 and H1. The recess 8k has a shape of being recessed in a circle in the rotation axis direction of the third rotating body 26. The recess 8k of the magnet holder 8h accommodates and fixes the magnet M3. The circular member 8 has a hole 8j for accommodating the shaft 8s, and is rotatably supported by the shaft 8s. The shaft 8s is fixed to a portion of the bracket 9 extending upward from the base 2 by caulking or the like. The bracket 9 is formed by cutting a part of the base 2 upward. The bracket 9 may be formed separately from the base 2. The bracket 9 may be, for example, an angle-shaped member whose one end is fixed to the base 2. The shaft 8s extends in the Y-axis direction parallel to the base 2. The driven gear 8e is a spur gear having 60 gear teeth at positions whose outer circumference is divided into 60 equal parts. The driven gear 8e meshes with the driving gear 6d and is driven by the driving gear 6d. The driven gear 8e and the driving gear 6d constitute a second reduction gear mechanism 25 (see particularly FIG. 9). The rotation axis of the third rotating body 26 is provided parallel to the rotation axis of the second rotating body 24.

続いて、第1センサ支持部11と、第2センサ支持部14と、ホール素子支持部17について説明する(特に図4、図5、図7及び図13を参照)。第1センサ支持部11は、ブラケット10と、センサホルダ13と、を含む。第2センサ支持部14は、ブラケット12と、センサホルダ16と、を含む。ホール素子支持部17は、ブラケット18を含む。ブラケット10、12、18は、アングル状の部材で、一端側がベース2に例えばリベットやねじによって固定される。センサホルダ13、16は、ブラケット10、12の他端側に形成される支持孔に嵌合する突起部と、角度センサAS1、AS2を収容する収容部と、を有する。 Subsequently, the first sensor support portion 11, the second sensor support portion 14, and the Hall element support portion 17 will be described (see particularly FIGS. 4, 5, 7, and 13). The first sensor support portion 11 includes a bracket 10 and a sensor holder 13. The second sensor support portion 14 includes a bracket 12 and a sensor holder 16. The Hall element support portion 17 includes a bracket 18. The brackets 10, 12, and 18 are angle-shaped members, one end of which is fixed to the base 2 by, for example, rivets or screws. The sensor holders 13 and 16 have a protrusion that fits into a support hole formed on the other end side of the brackets 10 and 12, and an accommodating portion that accommodates the angle sensors AS1 and AS2.

ホール素子H1、H2はブラケット18の他端側に支持される。ホール素子H1、H2は、その中心がマグネットM3の輪郭線の近傍に位置するように配置される(特に図5、図8及び図12を参照)。一例として、ホール素子H1は12時の位置に、ホール素子H2は9時の位置に配置される。 The Hall elements H1 and H2 are supported on the other end side of the bracket 18. The Hall elements H1 and H2 are arranged so that their centers are located in the vicinity of the contour line of the magnet M3 (see particularly FIGS. 5, 8 and 12). As an example, the Hall element H1 is arranged at the 12 o'clock position and the Hall element H2 is arranged at the 9 o'clock position.

円形部材3、5、6、8は、例えばポリアセタール(Polyacetal)など樹脂材料からモールド成型によって形成されてもよい。シャフト5s、6s、8sは、例えばステンレス鋼製の棒材から切削や研削あるいは転造や鍛造によって形成されてもよい。ベース2およびブラケット7、9、10、12、18は、例えば厚み1mm程度のステンレス鋼板からプレス加工によって形成されてもよい。各歯車部の潤滑には、グリスなどを塗布する湿式潤滑方式を用いてもよいが、実施の形態では乾式潤滑方式を採用している。 The circular members 3, 5, 6 and 8 may be formed by molding from a resin material such as polyacetal. The shafts 5s, 6s, and 8s may be formed from, for example, stainless steel rods by cutting, grinding, rolling, or forging. The base 2 and the brackets 7, 9, 10, 12, and 18 may be formed by press working from, for example, a stainless steel plate having a thickness of about 1 mm. A wet lubrication method in which grease or the like is applied may be used for lubrication of each gear portion, but in the embodiment, a dry lubrication method is adopted.

続いて、エンコーダ100の特徴について説明する。
エンコーダは安価な構成で分解能を高められることが望ましい。そこで、実施の形態のエンコーダ100は、回転体と一体に回転するマグネットM3と、マグネットM3の磁極P3を検知して、それぞれ異なる位相の正弦波状の検知信号を出力する複数の回転センサ38と、を備える。この構成によれば、エンコーダ100が、複数の回転センサ38の異なる位相の正弦波状の検知信号を用いて主軸1aの回転量を特定するから、安価な構成で分解能を高めることができる。
Subsequently, the features of the encoder 100 will be described.
It is desirable that the encoder has an inexpensive configuration and can increase the resolution. Therefore, the encoder 100 of the embodiment includes a magnet M3 that rotates integrally with the rotating body, a plurality of rotation sensors 38 that detect the magnetic poles P3 of the magnet M3, and output sinusoidal detection signals having different phases. To be equipped with. According to this configuration, since the encoder 100 specifies the rotation amount of the spindle 1a by using the sinusoidal detection signals of different phases of the plurality of rotation sensors 38, the resolution can be improved with an inexpensive configuration.

小型化の観点から、角度センサの数は少ない方が望ましい。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、回転体は、主軸1aと一体に回転する第1回転体20と、第1回転体20の回転に伴い回転する第3回転体26と、を含み、第1回転体20の回転角を検知する角度センサAS1を備え、マグネットM3は第3回転体26に配置される。この構成によれば、角度センサAS1が検知した第1回転体20の回転角と、回転センサ38の検知信号を用いて主軸1aの回転量を特定できるので、角度センサの数を少なくしても、容易に所望の分解能を得ることができる。 From the viewpoint of miniaturization, it is desirable that the number of angle sensors is small. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the rotating body includes a first rotating body 20 that rotates integrally with the main shaft 1a and a third rotating body 26 that rotates with the rotation of the first rotating body 20. An angle sensor AS1 for detecting the rotation angle of the one rotating body 20 is provided, and the magnet M3 is arranged on the third rotating body 26. According to this configuration, the rotation amount of the spindle 1a can be specified by using the rotation angle of the first rotating body 20 detected by the angle sensor AS1 and the detection signal of the rotation sensor 38, so that even if the number of angle sensors is reduced. , The desired resolution can be easily obtained.

エンコーダは小さいことが望ましい。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、回転体は、第1回転体20と第3回転体26の間に配置される第2回転体24を含み、第2回転体24の回転角を検知する角度センサAS2を備え、第2回転体24は、第1回転体20に対して減速比R12で減速回転し、第3回転体26は、第2回転体24に対して減速比R23で減速回転する。この構成によれば、回転体の数および角度センサの数を少なくできるから、エンコーダ100の小型化に有利である。エンコーダ100は、エンコーダ100をZ軸方向に投影した投影範囲が、モータ1をZ軸方向に投影した範囲内に収まるように構成することができる。一例として、エンコーダ100のZ軸方向の投影範囲は、1辺が42mmの正方形や直径が42mmの円の内側に収まるようにしてもよい。 The encoder should be small. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the rotating body includes the second rotating body 24 arranged between the first rotating body 20 and the third rotating body 26, and detects the rotation angle of the second rotating body 24. The second rotating body 24 is provided with the angle sensor AS2 and decelerates and rotates with respect to the first rotating body 20 at a reduction ratio R12, and the third rotating body 26 decelerates and rotates with respect to the second rotating body 24 with a reduction ratio R23. To do. According to this configuration, the number of rotating bodies and the number of angle sensors can be reduced, which is advantageous for miniaturization of the encoder 100. The encoder 100 can be configured so that the projection range in which the encoder 100 is projected in the Z-axis direction falls within the range in which the motor 1 is projected in the Z-axis direction. As an example, the projection range of the encoder 100 in the Z-axis direction may be set to fit inside a square having a side of 42 mm or a circle having a diameter of 42 mm.

多数の角度センサを用いて高レベルの計算により回転量を求めるエンコーダでは、高速回転する場合に演算速度が追いつかず誤動作をする懸念がある。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、角度センサAS1の検知結果に応じて第1回転体20の回転角を特定し、角度センサAS2の検知結果および複数の回転センサ38からの検知信号に応じて第1回転体20の回転数を特定し、特定された第1回転体20の回転角および第1回転体20の回転数に応じて第1回転体20の回転量を特定する。この構成によれば、回転量を特定する処理の処理量が少ないので、高速回転する場合の誤動作を減らすことができる。当該処理量が少ないので、制御装置に比較的低速なCPUを採用することが可能になり、消費電力の増大を抑制することができる。高価な角度センサの数を減らすことができるからコストダウンに有利である。 In an encoder that calculates the amount of rotation by high-level calculation using a large number of angle sensors, there is a concern that the calculation speed cannot keep up with the high-speed rotation and malfunction. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the rotation angle of the first rotating body 20 is specified according to the detection result of the angle sensor AS1, and according to the detection result of the angle sensor AS2 and the detection signals from the plurality of rotation sensors 38. The rotation number of the first rotating body 20 is specified, and the rotation amount of the first rotating body 20 is specified according to the rotation angle of the specified first rotating body 20 and the rotation number of the first rotating body 20. According to this configuration, since the amount of processing for specifying the amount of rotation is small, it is possible to reduce malfunctions when rotating at high speed. Since the amount of processing is small, it is possible to adopt a relatively low-speed CPU for the control device, and it is possible to suppress an increase in power consumption. It is advantageous for cost reduction because the number of expensive angle sensors can be reduced.

回転方向が反転する際に、伝達機構のギアのバックラッシュに起因して、検知した回転角の誤差が増えることが考えられる。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、第1回転体20の回転を第2回転体24に伝達する機構は、ウォームギア部5wとウォームホイール部6wからなるウォーム機構15を含む。この構成によれば、バックラッシュを抑制して回転角の誤差を減らすことができる。特に、第1回転体20と第2回転体24の間の減速比R12を高く設定しても、誤差の発生を抑制することができる。 When the rotation direction is reversed, it is considered that the error of the detected rotation angle increases due to the backlash of the gear of the transmission mechanism. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the mechanism for transmitting the rotation of the first rotating body 20 to the second rotating body 24 includes a worm mechanism 15 including a worm gear portion 5w and a worm wheel portion 6w. According to this configuration, backlash can be suppressed and the error of the rotation angle can be reduced. In particular, even if the reduction ratio R12 between the first rotating body 20 and the second rotating body 24 is set high, the occurrence of an error can be suppressed.

第1回転体20にウォームギアを設ける構成では、第1回転体20の端部を押さえることが望ましく、この場合は第1回転体20の端部近傍に角度センサAS1を配置しにくくなる。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、第1回転体20の回転を第2回転体24に伝達する機構は、第1回転体20に対して減速比R1(例えば1/2)で減速回転する中間回転体22を含み、第2回転体24は中間回転体22に対して減速比R2(例えば1/50)で減速回転する。この構成によれば、中間回転体22にウォームギア部5wを形成して、その端部にウォーム押え部19aを当接させることができるので、第1回転体20の端部近傍に角度センサAS1を配置し易くなる。 In the configuration in which the worm gear is provided on the first rotating body 20, it is desirable to press the end portion of the first rotating body 20, and in this case, it becomes difficult to arrange the angle sensor AS1 near the end portion of the first rotating body 20. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the mechanism for transmitting the rotation of the first rotating body 20 to the second rotating body 24 decelerates and rotates at a reduction ratio R1 (for example, 1/2) with respect to the first rotating body 20. The second rotating body 24 includes the intermediate rotating body 22 and decelerates and rotates at a reduction ratio R2 (for example, 1/50) with respect to the intermediate rotating body 22. According to this configuration, the worm gear portion 5w can be formed on the intermediate rotating body 22 and the worm holding portion 19a can be brought into contact with the end portion thereof. It becomes easy to arrange.

ウォーム機構を高速回転させると耐久性が低下するおそれがある。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、ウォームギア部5wは中間回転体22に設けられる。この構成によれば、ウォームギア部5wを第1回転体20より低速で回転する中間回転体22に形成するので、ウォーム機構15の回転速度を小さくして耐久性を改善することができる。 If the worm mechanism is rotated at high speed, the durability may decrease. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the worm gear portion 5w is provided on the intermediate rotating body 22. According to this configuration, since the worm gear portion 5w is formed on the intermediate rotating body 22 that rotates at a lower speed than the first rotating body 20, the rotating speed of the worm mechanism 15 can be reduced and the durability can be improved.

ウォームギア部5wが回転すると、中間回転体22に回転軸方向の力が作用して、中間回転体22が回転軸方向に移動することがある。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、中間回転体22を当該中間回転体22の回転軸方向に押さえるように付勢する付勢部材であるウォーム押え部19aを備える。この構成によれば、中間回転体22の移動を抑制することができる。 When the worm gear portion 5w rotates, a force in the rotation axis direction acts on the intermediate rotating body 22, and the intermediate rotating body 22 may move in the rotation axis direction. Therefore, the encoder 100 of the embodiment includes a worm pressing portion 19a which is an urging member for urging the intermediate rotating body 22 so as to press the intermediate rotating body 22 in the rotation axis direction. According to this configuration, the movement of the intermediate rotating body 22 can be suppressed.

エンコーダは小さいことが望ましい。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、第2回転体24の回転軸は第3回転体26の回転軸と平行に設けられ、第1回転体20は、第2回転体24の回転軸と第3回転体26の回転軸の間に挟まれるように設けられる。この構成によれば、第2回転体24と第3回転体26とを第1回転体20を囲むように配置することができるから、そうでない構成に比べてエンコーダをコンパクトにすることができる。 The encoder should be small. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the rotation axis of the second rotating body 24 is provided parallel to the rotation axis of the third rotating body 26, and the first rotating body 20 is provided with the rotating axis of the second rotating body 24. It is provided so as to be sandwiched between the rotating shafts of the three rotating bodies 26. According to this configuration, since the second rotating body 24 and the third rotating body 26 can be arranged so as to surround the first rotating body 20, the encoder can be made more compact than the other configurations.

複数の磁界が干渉することでセンサの検知精度が低下するおそれがある。例えば、マグネットM3の磁界がマグネットM2の磁界と干渉すると、角度センサAS2の検知精度が低下する可能性がある。そこで、実施の形態のエンコーダ100では、第2回転体24は、当該第2回転体24と一体に回転する別のマグネットM2を含み、空間を、第2回転体24の回転軸と直交すると共に第1回転体20の回転軸を含む平面によって、2つの領域に分けるとき、別のマグネットM2は、2つの領域のうちマグネットM3が配置されていない方の領域に配置される。この構成によれば、一方の領域にマグネットM3が、他方の領域にマグネットM2が配置されるから、これらのマグネットが離間して角度センサAS2の検知精度の低下を抑制することができる。
それぞれのマグネットは、磁界の向きがそれぞれ異なる方向を向くように配置されてもよい。これにより、角度センサの検知精度の低下を抑制することができる。実施の形態のエンコーダ100では、マグネットM1、M2、M3を、磁界の向きがそれぞれ異なる方向を向くように配置しているが、磁界が干渉するおそれのある近接するマグネットについてのみ、磁界の向きがそれぞれ異なる方向を向くように配置してもよい。
The detection accuracy of the sensor may decrease due to the interference of multiple magnetic fields. For example, if the magnetic field of the magnet M3 interferes with the magnetic field of the magnet M2, the detection accuracy of the angle sensor AS2 may decrease. Therefore, in the encoder 100 of the embodiment, the second rotating body 24 includes another magnet M2 that rotates integrally with the second rotating body 24, and the space is orthogonal to the rotation axis of the second rotating body 24. When the first rotating body 20 is divided into two regions by a plane including the rotation axis, another magnet M2 is arranged in the region of the two regions where the magnet M3 is not arranged. According to this configuration, since the magnet M3 is arranged in one region and the magnet M2 is arranged in the other region, the magnets are separated from each other and the deterioration of the detection accuracy of the angle sensor AS2 can be suppressed.
Each magnet may be arranged so that the direction of the magnetic field is different. As a result, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the angle sensor. In the encoder 100 of the embodiment, the magnets M1, M2, and M3 are arranged so that the directions of the magnetic fields are different from each other, but the direction of the magnetic field is only for the adjacent magnets in which the magnetic fields may interfere with each other. They may be arranged so as to face different directions.

エンコーダの構成が複雑になると、信頼性が低下するおそれがある。そこで、実施の形態のエンコーダ100は、主軸1aと一体に回転する第1回転体20の回転角を取得する第1取得機構(マグネットM1、角度センサAS1および第1回転角取得部41を含む)と、第1回転体20に対して減速比R12(例えば1/100)で減速回転する第2回転体24の回転角を取得する第2取得機構(マグネットM2、角度センサAS2および第2回転角取得部42を含む)と、第2回転体24に対して減速比R23(例えば1/4)で減速回転するマグネットM3の磁極P3を検知して、それぞれ位相が異なる2つの正弦波状の検知信号を取得する第3取得機構(ホール素子H1、H2およびホール信号取得部43を含む)と、取得された第2回転体24の回転角と検知信号とに応じて第1回転体20の回転数を特定する第1特定要素(対応関係テーブル44と、回転数特定部45を含む)と、取得された第1回転体20の回転角と特定された第1回転体20の回転数とに応じて主軸1aの回転量を特定する第2特定要素(出力部46を含む)と、を備える。この構成によれば、回転体の回転角を取得する要素の数が少ないから、エンコーダの構成が簡素になり信頼性の低下を抑制することができる。 If the encoder configuration becomes complicated, reliability may decrease. Therefore, the encoder 100 of the embodiment has a first acquisition mechanism (including a magnet M1, an angle sensor AS1 and a first rotation angle acquisition unit 41) that acquires the rotation angle of the first rotating body 20 that rotates integrally with the spindle 1a. The second acquisition mechanism (magnet M2, angle sensor AS2, and second rotation angle) that acquires the rotation angle of the second rotating body 24 that decelerates and rotates at a reduction ratio R12 (for example, 1/100) with respect to the first rotating body 20. (Including the acquisition unit 42) and the magnetic pole P3 of the magnet M3 that decelerates and rotates at a reduction ratio R23 (for example, 1/4) with respect to the second rotating body 24, and two sinusoidal detection signals having different phases. The number of rotations of the first rotating body 20 according to the acquired rotation angle of the second rotating body 24 and the detection signal, and the third acquisition mechanism (including the hall elements H1 and H2 and the hall signal acquiring unit 43). According to the first specific element (including the correspondence table 44 and the rotation number specifying unit 45), the acquired rotation angle of the first rotating body 20, and the rotation number of the specified first rotating body 20. A second specific element (including the output unit 46) that specifies the amount of rotation of the spindle 1a is provided. According to this configuration, since the number of elements for acquiring the rotation angle of the rotating body is small, the encoder configuration can be simplified and the decrease in reliability can be suppressed.

高レベルの計算により回転量を特定する方法では、CPUの処理が高速になり消費電力が増えることがある。そこで、実施の形態のエンコーダ100に適用される回転量を特定する方法は、主軸1aと一体に回転する第1回転体20の回転角を取得することと、第1回転体20に対して減速比R12で減速回転する第2回転体24の回転角を取得することと、第2回転体24に対して減速比R23で減速回転するマグネットM3の磁極P3を検知して、それぞれ位相が異なる複数の正弦波状の検知信号を取得することと、取得された第2回転体の回転角と検知信号とに応じて第1回転体20の回転数を特定することと、取得された第1回転体20の回転角と特定された第1回転体20の回転数とに応じて主軸1aの回転量を特定することと、を含む。回転量を特定する処理の処理量を少なくできるので、制御装置に低速のCPUを採用することが可能になり、消費電力の増大を抑制することができる。 In the method of specifying the amount of rotation by high-level calculation, the processing of the CPU may become high speed and the power consumption may increase. Therefore, the method of specifying the amount of rotation applied to the encoder 100 of the embodiment is to acquire the rotation angle of the first rotating body 20 that rotates integrally with the main shaft 1a and to decelerate with respect to the first rotating body 20. Obtaining the rotation angle of the second rotating body 24 that decelerates and rotates at the ratio R12, and detecting the magnetic poles P3 of the magnet M3 that decelerates and rotates at the reduction ratio R23 with respect to the second rotating body 24, and a plurality of different phases. Acquiring the sinusoidal detection signal of the above, specifying the rotation speed of the first rotating body 20 according to the acquired rotation angle of the second rotating body and the detection signal, and acquiring the acquired first rotating body. Includes specifying the amount of rotation of the spindle 1a according to the angle of rotation of 20 and the number of rotations of the specified first rotating body 20. Since the amount of processing for specifying the amount of rotation can be reduced, a low-speed CPU can be adopted as the control device, and an increase in power consumption can be suppressed.

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The above description has been made based on the embodiment of the present invention. These embodiments are exemplary, and it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the claims of the present invention, and that such modifications and modifications are also within the claims of the present invention. It is about to be understood. Therefore, the descriptions and drawings herein should be treated as exemplary rather than limiting.

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。 Hereinafter, a modified example will be described. In the drawings and description of the modified examples, the same or equivalent components and members as those in the embodiment are designated by the same reference numerals. The description that overlaps with the embodiment will be omitted as appropriate, and the configuration different from the embodiment will be mainly described.

(第1変形例)
実施の形態では、複数の回転センサ38が2個のホール素子を備える例について説明したが、これに限られない。例えば、複数の回転センサ38は3個以上のホール素子を備えてもよい。
実施の形態では、中間回転体22を備え、中間回転体22にウォームギア部5wを形成する例について説明したが、これに限られない。例えば、中間回転体22を削除し、ウォームギア部を第1回転体20に形成するようにしてもよい。エンコーダの構成が一層簡素になり小型化に有利になる。
(First modification)
In the embodiment, an example in which the plurality of rotation sensors 38 include two Hall elements has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the plurality of rotation sensors 38 may include three or more Hall elements.
In the embodiment, an example in which the intermediate rotating body 22 is provided and the worm gear portion 5w is formed on the intermediate rotating body 22 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the intermediate rotating body 22 may be deleted so that the worm gear portion is formed on the first rotating body 20. The encoder configuration becomes simpler, which is advantageous for miniaturization.

図14は、第1変形例に係るエンコーダ200を説明する展開図であり図3に対応する。エンコーダ200は、後述する部分で実施の形態のエンコーダ100と相違し、その他の構成は同様である。エンコーダ200は、中間回転体を削除し、ウォームギア部3wを第1回転体20に形成している。ウォームギア部3wとウォームホイール部6wとはウォーム機構15を構成する。エンコーダ200では、ホール素子H1、H2の代わりに3個のホール素子H3、H4、H5を備えている。ホール素子H3、H4、H5は電気角で2π/3離隔された位置に配置される。ホール素子H3、H4、H5は、それぞれ120°の位相差を有する3つの正弦波状の検知信号を出力する。ホール信号取得部43は、アナログ信号であるホール素子H3、H4、H5からの検知信号をデジタル検知信号に変換して取得する。第3回転体26の第2回転体24に対する減速比R23は1/6に設定される。このように形成されたエンコーダ200では、第2回転体24が6回転するとき第3回転体26は1回転するから、第1回転体20が600回転するとき第3回転体26は1回転する。 FIG. 14 is a development view for explaining the encoder 200 according to the first modification, and corresponds to FIG. The encoder 200 is different from the encoder 100 of the embodiment in a part described later, and other configurations are the same. In the encoder 200, the intermediate rotating body is deleted, and the worm gear portion 3w is formed in the first rotating body 20. The worm gear portion 3w and the worm wheel portion 6w form a worm mechanism 15. The encoder 200 includes three Hall elements H3, H4, and H5 instead of the Hall elements H1 and H2. The Hall elements H3, H4, and H5 are arranged at positions separated by 2π / 3 by the electric angle. The Hall elements H3, H4, and H5 each output three sinusoidal detection signals having a phase difference of 120 °. The Hall signal acquisition unit 43 converts the detection signals from the Hall elements H3, H4, and H5, which are analog signals, into digital detection signals and acquires them. The reduction ratio R23 of the third rotating body 26 with respect to the second rotating body 24 is set to 1/6. In the encoder 200 formed in this way, the third rotating body 26 makes one rotation when the second rotating body 24 makes six rotations, so that the third rotating body 26 makes one rotation when the first rotating body 20 makes 600 rotations. ..

図15は、エンコーダ200における対応関係テーブル44の動作の一例を説明する説明図である。図15は図6に対応する。この対応関係テーブル44では、120°の位相差を有する3つの正弦波状の信号の振幅と、この3つの信号の振幅に対応する角度θと、この角度θに対応する第2回転体24の回転数N2と、をテーブル形式で記憶している。対応関係テーブル44は、ホール信号取得部43で取得したデジタル検知信号の振幅に対応して0°〜360°の範囲で角度θの情報を特定する。対応関係テーブル44は、特定された角度θに対応して0〜5回転の範囲で第2回転体24の回転数N2を特定する。図15に示すように、角度θが0°以上で60°未満の範囲ではN2=0回転、角度θが60°以上で120°未満の範囲ではN2=1回転、角度θが120°以上で180°未満の範囲ではN2=2回転、角度θが180°以上で240°未満の範囲ではN2=3回転、角度θが240°以上で300°未満の範囲ではN2=4回転、角度θが300°以上で350°未満の範囲ではN2=5回転と特定する。このように第3回転体26の1回転を6分割して特定することで、第2回転体24の6回転分をそれぞれ特定することができる。このように構成されたエンコーダ200は、第1回転体20の600回転分(±300回転分)の絶対的な回転量を特定することができる。 FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of the operation of the correspondence table 44 in the encoder 200. FIG. 15 corresponds to FIG. In the correspondence table 44, the amplitudes of the three sinusoidal signals having a phase difference of 120 °, the angles θ corresponding to the amplitudes of the three signals, and the rotation of the second rotating body 24 corresponding to the angles θ. The number N2 and the number N2 are stored in a table format. The correspondence table 44 specifies the information of the angle θ in the range of 0 ° to 360 ° corresponding to the amplitude of the digital detection signal acquired by the Hall signal acquisition unit 43. The correspondence table 44 specifies the rotation speed N2 of the second rotating body 24 in the range of 0 to 5 rotations corresponding to the specified angle θ. As shown in FIG. 15, N2 = 0 rotations when the angle θ is 0 ° or more and less than 60 °, N2 = 1 rotation when the angle θ is 60 ° or more and less than 120 °, and the angle θ is 120 ° or more. N2 = 2 rotations in the range of less than 180 °, N2 = 3 rotations in the range of angle θ of 180 ° or more and less than 240 °, N2 = 4 rotations in the range of angle θ of 240 ° or more and less than 300 °, angle θ In the range of 300 ° or more and less than 350 °, N2 = 5 rotations is specified. By dividing one rotation of the third rotating body 26 into six parts and specifying them in this way, it is possible to specify each of the six rotations of the second rotating body 24. The encoder 200 configured in this way can specify the absolute rotation amount of 600 rotations (± 300 rotations) of the first rotating body 20.

(第2変形例)
実施の形態の説明では、マグネットM1〜M3それぞれが一体の部材である例について説明したがこれに限られない。マグネットM1〜M3それぞれは、複数のピースを組み合わせて構成してもよい。
(Second modification)
In the description of the embodiment, an example in which each of the magnets M1 to M3 is an integral member has been described, but the present invention is not limited to this. Each of the magnets M1 to M3 may be configured by combining a plurality of pieces.

(第3変形例)
実施の形態の説明では、複数の回転センサ38がホール素子である例について説明したがこれに限られない。複数の回転センサはマグネットの磁極を検知して正弦波状の検知信号を出力するものであればよく、別の検知原理に基づくセンサであってもよい。
(Third modification example)
In the description of the embodiment, an example in which the plurality of rotation sensors 38 are Hall elements has been described, but the present invention is not limited to this. The plurality of rotation sensors may be sensors based on another detection principle, as long as they detect the magnetic poles of the magnet and output a sinusoidal detection signal.

(第4変形例)
実施の形態の説明では、各歯車を形成する円形部材3、5、6、8が樹脂材料から形成される例について説明したがこれに限られない。これらの円形部材の幾つかは金属材料やその他の材料から形成されてもよい。
(Fourth modification)
In the description of the embodiment, an example in which the circular members 3, 5, 6 and 8 forming each gear are formed of a resin material has been described, but the present invention is not limited to this. Some of these circular members may be formed of metal or other materials.

上述の変形例によれば、実施の形態に係るエンコーダ100によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。 According to the above-described modification, the same effect as that produced by the encoder 100 according to the embodiment is exhibited.

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiments resulting from the combination have the effects of the combined embodiments and variants.

100・・エンコーダ、 1・・モータ、 1a・・主軸、 20・・第1回転体、 22・・中間回転体、 24・・第2回転体、 26・・第3回転体、 38・・回転センサ、 40・・制御部、 200・・エンコーダ、 AS1・・角度センサ、 AS2・・角度センサ、 H1・・ホール素子、 H2・・ホール素子、 H3・・ホール素子、 M1・・マグネット、 M2・・マグネット、 M3・・マグネット。 100 ... Encoder, 1 ... Motor, 1a ... Main shaft, 20 ... 1st rotating body, 22 ... Intermediate rotating body, 24 ... 2nd rotating body, 26 ... 3rd rotating body, 38 ... Rotating Sensor, 40 ... Control unit, 200 ... Encoder, AS1 ... Angle sensor, AS2 ... Angle sensor, H1 ... Hall element, H2 ... Hall element, H3 ... Hall element, M1 ... Magnet, M2 ...・ Magnet, M3 ・ ・ Magnet.

Claims (2)

主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、
前記主軸の回転に伴い回転する回転体と、
前記回転体と一体に回転するマグネットと、
前記マグネットの磁極を検知して検知信号を出力する複数の回転センサと、
を備え、
前記回転体は、前記主軸と一体に回転する第1回転体と、前記第1回転体の回転に伴い回転する第3回転体と、を含み、
前記第1回転体の回転角を検知する第1角度センサを備え、
前記マグネットは前記第3回転体に配置され、
前記回転体は、前記第1回転体と前記第3回転体の間に配置される第2回転体を含み、
前記第2回転体は、前記第1回転体に対して第1減速比で減速回転し、
前記第3回転体は、前記第2回転体に対して第2減速比で減速回転し、
前記第1回転体の回転を前記第2回転体に伝達する機構は、ウォームギア部とウォームホイール部からなるウォーム機構を含み、
前記第1回転体の回転を前記第2回転体に伝達する機構は、前記第1回転体に対して第3減速比で減速回転する中間回転体を含み、
前記第2回転体は前記中間回転体に対して第4減速比で減速回転し、
前記第2回転体の回転軸は前記第3回転体の回転軸と平行に設けられ、
前記第1回転体は、前記第2回転体の回転軸と前記第3回転体の回転軸の間に挟まれるように設けられることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
An absolute encoder that specifies the amount of rotation over multiple rotations of the spindle.
A rotating body that rotates with the rotation of the spindle,
A magnet that rotates integrally with the rotating body,
A plurality of rotation sensors that detect the magnetic poles of the magnet and output a detection signal,
With
The rotating body includes a first rotating body that rotates integrally with the main shaft, and a third rotating body that rotates with the rotation of the first rotating body.
A first angle sensor for detecting the rotation angle of the first rotating body is provided.
The magnet is arranged on the third rotating body and
The rotating body includes a second rotating body arranged between the first rotating body and the third rotating body.
The second rotating body decelerates and rotates at the first reduction ratio with respect to the first rotating body.
The third rotating body decelerates and rotates at a second reduction ratio with respect to the second rotating body.
The mechanism for transmitting the rotation of the first rotating body to the second rotating body includes a worm mechanism including a worm gear portion and a worm wheel portion.
The mechanism for transmitting the rotation of the first rotating body to the second rotating body includes an intermediate rotating body that decelerates and rotates at a third reduction ratio with respect to the first rotating body.
The second rotating body decelerates and rotates at the fourth reduction ratio with respect to the intermediate rotating body .
The rotation axis of the second rotating body is provided parallel to the rotation axis of the third rotating body.
The first rotating body, the absolute encoder according to claim Rukoto provided so as to be interposed between the rotary shaft of the third rotary member and the rotation axis of said second rotary member.
前記第1角度センサの検知結果に応じて前記第1回転体の回転角を特定し、
前記第2回転体の回転角を検知する第2角度センサを備え、前記第2角度センサの検知結果および前記複数の回転センサからの前記検知信号に応じて前記第1回転体の回転数を特定し、
特定された前記第1回転体の回転角および前記第1回転体の回転数に応じて前記第1回転体の回転量を特定することを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
The rotation angle of the first rotating body is specified according to the detection result of the first angle sensor.
A second angle sensor for detecting the rotation angle of the second rotating body is provided, and the rotation number of the first rotating body is specified according to the detection result of the second angle sensor and the detection signals from the plurality of rotation sensors. And
The absolute encoder according to claim 1, wherein the rotation amount of the first rotating body is specified according to the specified rotation angle of the first rotating body and the rotation speed of the first rotating body.
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JPS5875065A (en) * 1981-10-29 1983-05-06 Alps Electric Co Ltd Number of the revolution detector
JPH11287634A (en) * 1998-04-01 1999-10-19 Tokai Rika Co Ltd Steering sensor for vehicle
JP3899821B2 (en) * 2001-01-23 2007-03-28 松下電器産業株式会社 Rotation angle detector
DE10238640B4 (en) * 2002-08-19 2005-11-17 Sick Stegmann Gmbh Multi-turn angle measuring device
JP4191509B2 (en) * 2003-03-05 2008-12-03 株式会社ミツバ Motor control method and motor control apparatus
JP2007078459A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Yaskawa Electric Corp Multi-turn absolute encoder and rotary machine

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